Ứng dụng công nghệ xanh để đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng tốt

2.1 Công nghệ ảo hóa

2.1.5.3 Ứng dụng công nghệ xanh để đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng tốt

Tác động của cuộc cách mạng xanh khiến các công ty đang tìm cách giảm lượng năng lượng tiêu thụ và một trong số những nơi họ nhận thấy có thể làm được điều đó đầu tiên là các trung tâm dữ liệu. Để thấy rõ sự quan tâm của mọi người đến năng lượng tiêu thụ trong các trung tâm dữ liệu, hãy xem một thực tế sau: “Một cuộc nghiên cứu do một nhà khoa học thực hiện chỉ ra rằng trong những năm 2000 đến năm 2005, lượng năng lượng các trung tâm dữ liệu ở Mỹ tiêu thụ đã tăng gấp đôi. Hơn nữa, nhà khoa học này cũng dự đoán tới cuối thập niên này, lượng năng lượng tiêu thụ sẽ tăng 40%. Lương năng lượng các máy chủ ở trung tâm dữ liệu tiêu thụ và để làm mát chiếm khoảng 1,2% tổng năng lượng tiêu thụ ở Mỹ”.

Dựa trên kết quả của cuộc nghiên cứu, cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã thành lập một nhóm làm việc để xây dựng các tiêu chuẩn cho các kế hoạch và việc tiêu thụ năng lượng của máy chủ và áp dụng các tiêu chí “Ngơi sao năng lượng” (ES) mới cho các máy chủ sự dụng năng lượng hiệu quả.

Do chi phí để vận hành các máy tính cùng với thực tế là nhiều máy tính chốn hết trung tâm dữ liệu và đang hoạt động với hiệu suất thấp, khả năng giảm số lượng máy chủ vật lý có thể giúp cắt giảm rất đáng kể tổng chi phí năng lượng của cơng ty.

2.1.5.4 Chi phí quản lý hệ thớng rất lớn và ngày càng tăng

Các máy khơng hồn tồn tự động. Mỗi máy chủ đều cần đến sự giám sát và cung cấp điện của hệ thống quản lý. Các tác vụ quản lý phổ biến của hệ thống bao gồm: giám sát trạng thái phần cứng, thay thế các chi tiết phần cứng bị lỗi, cài đặt hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng, bảo trì và sửa chữa nhanh ứng dụng, quản lý các tài nguyên máy chủ then chốt như bộ nhớ và đĩa, sao lưu dữ liệu máy chủ sang các phương tiện lưu trữ để bảo mật và dự phòng.

Những cơng việc này địi hỏi rất nhiều nhân lực. Để thuê những nhân viên quản trị hệ thống, người giữ cho các máy có thể hoạt động tốt không hề rẻ chút nào. Và khơng giống như các lập trình viên, các nhân viên quản trị hệ thống thường làm việc bên cạnh máy chủ, do họ cần xử lý phần cứng vật lý.

Để kiểm sốt sự gia tăng chi phí điều hành, ảo hóa mang lại cơ hội cắt giảm chi phí quản lý hệ thống bằng việc giảm số lượng máy tính cần được quản trị. Mặc dù, nhiều công việc liên quan đến quản lý hệ thống không thể thay đổi trong một môi trường ảo hóa, rất nhiều tác vụ không cần phải thực hiện nếu các máy chủ vật lý chuyển sang ảo hóa. Nói chung, ảo hóa có thể giảm thiểu phần lớn yêu cầu quản lý. Do đó, ảo hóa trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để giải quyết vấn đề tăng chi phí thuê nhân viên điều hành.

2.2 Phân loại ảo hóa

2.2.1 Ảo hóa máy chủ

Một máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) hay máy chủ ảo hóa là một phương pháp phân vùng một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo, mỗi máy chủ đã có khả năng riêng của mình chạy trên máy tính dành riêng. Mỗi máy chủ ảo riêng của nó có thể chạy full-fledged hệ điều hành, và mỗi máy chủ độc lập có thể được khởi động lại…

Lợi thế của ảo hóa máy chủ:

- Tiết kiệm được chi phí đầu tư máy chủ ban đầu - Hoạt động hoàn toàn như một máy chủ riêng

- Có thể dùng máy chủ ảo hóa cài đặt các ứng dụng khác tùy theo nhu cầu của doanh nghiệp

- Bảo trì sửa chữa, nâng cấp nhanh chóng dễ dàng - Có thể cài đặt nhanh lại hệ điều hành

- Khơng lãng phí tài nguyên

2.2.2 Ảo hóa lưu trữ

Hiện nay các nhà lưu trữ đã cung cấp giải pháp lưu trữ hiệu suất cao cho khách hàng của họ trong một thời gian tương đối. Trong hình thức cơ bản nhất của nó, ảo hóa lưu trữ tồn tại trong việc ta lắp ráp nhiều ổ cứng vật lý thành một thực thể duy nhất được để các máy chủ lưu trữ và chạy hệ điều hành chẳng hạn như RAID. Điều này có thể được là bởi vì tất cả các ổ đĩa được sử dụng và tương tác với nhau như là một ổ đĩa logic duy nhất, mặc dù bao gồm hai hoặc nhiều ổ đĩa trong.

Một cơng nghệ ảo hóa lưu trữ khá đình đám khác mà ta biết đến là SAN (Storeage Area Network).

2.2.2.1 Công nghệ RAID

Khái niệm

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array Of Independent Disks. Ban đầu, RAID được sử dụng như một giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc. Về sau, RAID có nhiều biến thể cho phép khơng chỉ đảm bảo an toàn dữ liệu mà còn giúp tăng đáng kể tốc độ truy xuất dữ liệu từ đĩa cứng.

Các chuẩn Raid

Sau đây là các chuẩn RAID đang được nghiên cứu và phát triển hiện nay: - Striping

- Duplexing

- Chuẩn Parity RAID

Phân loại RAID

- RAID level 0: Đây là dạng RAID đang được người dùng ưa thích do khả năng

nâng cao hiệu suất trao đổi dữ liệu từ đĩa cứng. Đòi hỏi tối thiểu 2 đĩa cứng, RAID 0 cho phép máy tính ghi dữ liệu lên chúng theo một phương thức đặc biệt được gọi là

Striping. Ví dụ có 8 đoạn dữ liệu được đánh số từ 1 đến 8, các đoạn đánh số lẻ (1,3,5,7) sẽ được ghi lên đĩa cứng đầu tiên và các đoạn đánh số chẵn (2,4,6,8) sẽ được ghi lên đĩa thứ hai. Để đơn giản hơn, có thể hình dung mình có 100 MB dữ liệu và thay vì dồn 100 MB dữ liệu này vào 1 đĩa cứng duy nhất, RAID 0 sẽ cho phép dồn 50 MB vào mỗi đĩa cứng riêng giúp giảm một nửa thời gian làm việc theo lý thuyết. Từ đó có thể dễ dàng suy ra nếu có 4, 8 hay nhiều đĩa cứng hơn nữa thì tốc độ sẽ càng cao hơn. Tuy nghe có vẻ hấp dẫn nhưng trên thực tế, RAID 0 vẫn ẩn chứa nguy cơ mất dữ liệu. Nguyên nhân chính lại nằm ở cách ghi thơng tin xé lẻ vì như vậy dữ liệu khơng nằm hồn toàn ở một đĩa cứng nào và mỗi khi cần truy xuất thơng tin (ví dụ một file nào đó), máy tính sẽ phải tổng hợp từ các đĩa cứng. Nếu một đĩa cứng gặp trục trặc thì thơng tin (file) đó coi như khơng thể đọc được và mất luôn. Thật may mắn là với công nghệ hiện đại, sản phẩm phần cứng khá bền nên những trường hợp mất dữ liệu như vậy xảy ra khơng nhiều. Có thể thấy RAID 0 thực sự thích hợp cho những người cần truy cập nhanh khối lượng dữ liệu lớn, ví dụ các game thủ hoặc những người chuyên làm đồ họa, video số.

- RAID level 1: Đây là dạng RAID cơ bản nhất có khả năng đảm bảo an tồn dữ liệu.

Cũng giống như RAID 0, RAID 1 địi hỏi ít nhất hai đĩa cứng để làm việc. Dữ liệu được ghi vào 2 ổ giống hệt nhau (Mirroring). Trong trường hợp một ổ bị trục trặc, ổ cịn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường. Chúng ta có thể thay thế ổ đĩa bị hỏng mà không cần phải lo lắng đến vấn đề thông tin thất lạc. Đối với RAID 1, hiệu năng khơng phải là yếu tố hàng đầu nên chẳng có gì ngạc nhiêu nếu nó khơng phải là lựa chọn số một cho những người say mê tốc độ. Tuy nhiên đối với những nhà quản trị mạng hoặc những ai phải quản lý nhiều thơng tin quan trọng thì hệ thống RAID 1 là thứ không thể thiếu. Dung lượng cuối cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn (hai ổ 80 GB chạy RAID 1 sẽ cho hệ thống nhìn thấy duy nhất một ổ RAID 80GB).

- RAID level 0+1: Người ta luôn ao ước một hệ thống nhanh nhẹn như RAID Level

0 và an toàn như RAID Level 1. Chính vì thế mà hệ thống RAID kết hợp 0+1 đã ra đời, tổng hợp ưu điểm của cả hai “đàn anh”. Tuy nhiên chi phí cho một hệ thống kiểu này khá đắt, bạn sẽ cần tối thiểu 4 đĩa cứng để chạy RAID 0+1. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 đĩa cứng với 2 ổ dạng Striping tăng tốc và 2 ổ dạng Mirroring sao lưu. 4 ổ này phải giống hệt nhau và khi đưa vào hệ thống RAID 0+1, dung lượng cuối cùng sẽ

bằng ½ tổng dung lượng 4 ổ, ví dụ bạn chạy 4 ổ 80GB thì lượng dữ liệu “thấy được” là 160 GB.

- RAID Level 5: Đây có lẽ là dạng RAID mạnh mẽ nhất với 3 hoặc 5 đĩa cứng riêng

biệt. Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên tất cả các ổ cứng. Nguyên tắc này khá rối rắm. Chúng ta quay trở lại ví dụ về 8 đoạn dữ liệu (1-8) và giờ đây là 3 ổ cứng. Đoạn dữ liệu số 1 và số 2 sẽ được ghi vào ổ đĩa 1 và 2 riêng rẽ, đoạn sao lưu của chúng được ghi vào ổ cứng thứ 3. Đoạn số 3 và số 4 sẽ được ghi vào ổ 1 và 3 với đoạn sao lưu tương ứng được ghi vào ổ đĩa 2. Đoạn số 5, 6 được ghi vào hai ổ 2 và 3, còn đoạn sao lưu được ghi vào ổ đĩa 1 và sau đó trình tự này lặp lại, đoạn số 7, 8 được ghi vào ổ 1, 2 và đoạn sao lưu được ghi vào ổ 3 như ban đầu. Như vậy RAID 5 vừa đảm bảo tốc độ có cải thiện, vừa giữ được tính an toàn cao. Dung lượng đĩa cứng cuối cùng bằng tổng dung lượng đĩa sử dụng trừ đi 1 ổ đĩa. Tức là nếu bạn dùng 3 ổ 80 GB thì dung lượng cuối cùng sẽ là 160 GB.

2.2.2.2 Công nghệ lưu trữ mạng (SAN)

SAN là một mạng riêng được thiết kế cho việc mở rộng các thiết bị lưu trữ một cách dễ dàng và các máy chủ khi kết nối với SAN sẽ hiểu như là một khối HDD đang chạy trên cục bộ.

Việc truyền dữ liệu từ server đến hệ thống lưu trữ SAN được sử dụng dựa trên các cổng quang để truyền dữ liệu: 1 Gbps Fiber Channel, 2 Gbps Fiber Channel, 4 Gbps Fiber Channel, 8 Gbps Fiber Channel, 1 Gbps ISCSI, ...

Chi phí triển khai hệ thống SAN cực kỳ đắt, nó địi hỏi phải dùng các thiết bị Fiber Channel Networking, Fiber Channel Switch,...

Các ổ đĩa chạy trong hệ thống lưu trữ SAN thường được dùng: FIBRE CHANNEL, SAS, SATA,...

Tính năng:

- Lưu trữ được truy cập theo Block qua SCSI - Khả năng I/O với tốc độ cao

Hình 2.7: Minh họa mơ hình một hệ thống SAN

2.2.3 Ảo hóa mạng

Các thành phần mạng trong cơ sở hạ tầng mạng như Switch, Card mạng, được ảo hóa một cách linh động. Switch ảo cho phép các máy ảo trên cùng một máy chủ có thể giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các giao thức tương tự mà như trên thiết bị chuyển mạng vật lý mà không cần phần cứng bổ sung. Chúng cũng hỗ trợ VLAN tương thích với việc triển khai VLAN theo tiêu chuẩn từ nhà cung cấp khác, chẳng hạn Cisco.

Một máy ảo có thể có nhiều card mạng ảo, việc tạo các mạng ảo này rất đơn giản và khơng giới hạn số card mạng tạo ra. Ta có thể nối các máy ảo này lại với nhau bằng một Switch ảo. Điều đặc biệt quan trọng, tốc độ truyền giữa các máy ảo này với nhau thông qua các Switch ảo được truyền với tốc độ rất cao theo tiêu chuẩn Gigabite (1GB), dẫn đến việc đồng bộ giữa các máy ảo với nhau diễn ra rất nhanh.

Hình 2.8: Ảo hóa mạng

2.2.4 Ảo hóa ứng dụng

Ảo hóa ứng dụng là giải pháp tiến đến công nghệ “điện toán đám mây” cho phép sử dụng phần mềm của công ty mà không cần phải cài vài phần mềm này vào bất cứ máy tính con nào.

Hình 2.9: Ảo hóa ứng dụng Giải pháp ảo hóa ứng dụng có những lợi ích nổi trội sau: Giải pháp ảo hóa ứng dụng có những lợi ích nổi trội sau:

 Tất cả các máy tính đều có thể sử dụng phần mềm ảo như đang cài trên máy tính của mình mà khơng phải lo về cấu hình (ví dụ có thể chạy photoshop trên máy Pentium 4, RAM 512 Mb). Tốc độ phần mềm luôn ổn định và không phụ thuộc vào cấu hình từng máy.

 Các máy tính con ln ở trong tình trạng sạch và chạy nhanh hơn. Loại bỏ hoàn toàn việc phải sửa lỗi phần mềm do virus, spyware hoặc do người dùng sơ ý.

 Cho phép người sử dụng phần mềm không phải quan tâm đến hệ điều hành bạn đang sử dụng. Ví dụ: bạn có thể dùng Microsoft Office 2007 ngày trong Linux, Windows 98 hoặc MAC-OS.

 Phần mềm được phân phối một cách linh động đến một số cá nhân hoặc nhóm có nhu cầu sử dụng thay vì cài vào tất cả mọi máy như cách phổ thông. Việc phân phối hoặc gỡ bỏ phần mềm ra các máy tính có thể diễn ra chỉ trong vịng vài giây thay vì hàng tuần nếu như cơng ty có hàng chục máy tính.

 Thông tin luôn được lưu trữ an tồn ở Server trung tâm thay vì có thể phân tán ra từng máy con. Cho dù ở bất cứ đâu, việc truy cập và sử dụng phần mềm của doanh nghiệp trở nên dễ dàng qua một hệ thống bảo mật hiện đại nhất.

Ảo hóa ứng dụng là giải pháp cho phép sử dụng và quản lý phần mềm doanh nghiệp một cách hiệu quả, hệ thống. Tiết kiệm tối đa chi phí bảo trì, hỗ trợ kỹ thuật và quản lý từng máy tính.

2.3 Mơ hình ảo hóa trong điện toán đám mây

2.3.1 Đặt vấn đề

Ngày nay đối với doanh nghiệp việc quản lý tốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bài toán khó được ưu tiên hàng đầu và đang khơng ngừng gây khó khăn cho họ. Để có thể quản lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần mềm mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa,… Ngoài ra họ cịn phải tính toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị, phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính sẵn sàng cao của dữ liệu.

Có nhiều phương pháp để thực hiện tối ưu hóa hệ thống máy chủ, trong đó ảo hóa máy chủ là một trong những phương pháp được nhắc đến rất nhiều trong thời gian gần đây. Ảo hóa máy chủ là một trong những phương pháp có thể áp dụng ở mọi hệ thống máy chủ mà khơng phát sinh thêm chi phí đầu tư. Nó là một biện pháp rất tốt trong việc tối ưu hóa hệ thống với việc hợp nhất các nguồn tài nguyên của máy chủ.

2.3.2 Mục tiêu giải pháp triển khai hệ thống

2.3.2.1 Mục tiêu ảo hóa trong doanh nghiệp

Ảo hóa máy chủ trong cơng nghệ điện toán đám mây của doanh nghiệp cịn có những mục đích như sau:

 Tiết kiệm không gian đặt máy chủ và năng lượng tiêu thụ.  Giảm thời gian khôi phục sự cố

 Tạo lập được môi trường kiểm tra chạy thử ứng dụng mà không cần đầu tư thêm hệ thống mới

 Dễ dàng trong việc mở rộng hệ thống

 Tạo lập sự thích nghi đối với việc sử dụng các chương trình cũ

2.3.2.2 Giải pháp triển khai hệ thớng

Một bài toán đưa ra cho doanh nghiệp khi họ cần thêm tài nguyên điện toán mới:

- Lựa chọn 1: Đầu tư, mở rộng cơ sở vật chất hạ tầng của tổ chức. Thường xuyên bổ sung thêm máy chủ, thiết bị lưu trữ và kết nối.

- Lựa chọn 2: Tập trung hóa và ảo hóa các tài nguyên hiện có. Nâng cao mức độ sử dụng tài nguyên vượt qua những hạn chế vật lý

- Lựa chọn 3: sử dụng cơ sở hạ tầng điện toán đám mây. Mở rộng ảo hóa vượt